不锈钢不同脱P渣系性能的测试和分析

关键词   脱P渣 熔化性能 不锈钢 失重

  采用氧化法脱P必须造好反应性能良好的脱P渣，在设计炉渣成分时，就充分考虑到这一点。

  脱P炉渣的工艺性能包括熔点、熔速、粘度、氧化性、磷容量等。对不锈钢脱磷渣氧化性和磷容量已有许多研究报道，但对熔点、熔速、粘度的系统研究资料还很少，对不锈钢氧化脱磷用的含氧化钡渣系研究更少。氧化钡渣系是近年来才被应用在炼钢过程一些有特殊要求的工序上，基础研究尚未充分展开，缺乏相图等炉渣成分所需的基本参考。另外，脱磷剂中卤化物含量一般教高，易挥发造成脱磷剂组分的变化，为指导工业应用，对熔点、熔速、粘度、失重进行测定与研究是十分重要的。

1 渣系的选择

  在对不锈钢及高铬合金氧化脱磷进行了系统文献检索的基础上，对有关研究结果进行了综合，选出下表所示的适合返回法冶炼不锈钢脱磷的6种脱磷渣系，这些渣系适合于低碳高铬含量条件下的脱磷。

                                不锈钢脱磷渣的成分

2 实验设备与方案

2.1  实验设备

  熔点测定采用3mm圆柱试样法，连续测定试样高度和温度变化，初熔点和半球点作为比较依据。

  失重测定采用钼丝炉为加热设备，15ml铂坩埚为载体。脱磷渣失重实验步骤如下：在钼丝炉中加热、恒温保持，然后利用高精度天平（1/1000g）进行称量。为防止其他组元进入炉渣，采用15ml铂坩埚作载体，每次用渣量12g。

2.2  实验方案

  对选出的6种渣系采用分析纯试剂配制，测定熔点，并绘制熔化特性曲线，以此曲线推定渣的熔化速度。

  在实际应用中，金属中铬会被氧化，生成Cr₂O₃进入渣中，所以渣的成分变化要考虑（Cr₂O₃）的影响。

  碳不会影响渣的熔点，但会影响渣的熔化速度。配碳材料的类别、粒度、配入量等均会对炉渣的熔化速度产生影响。

  脱磷渣采用分析纯试剂配制。对4种渣系，分别选取0%、5%、10%3个（Cr₂O₃）含量水平和1000℃、1200℃、1400℃3个温度，进行失重测定。为防止吸水，全部采用现配渣。

3 测定结果与分析

3.1 熔点测定结果及分析

  各种脱磷渣的初熔点和半球点温度如下表所示：

                         各种脱磷渣的初熔点和半球点温度

  由此可以看出2#渣初熔点较低，但半球点温度却较高。这在相图上将表现为固相线比较低，而液相线比较高。根据测定后的观察，发现渣中仍有部分固相颗粒存在，这可能是因为在测定温度下，NaF挥发，造成氧化钙在氟化钠中饱和的缘故。

  熔点由高到低依次为4#>5#>2#>3#，其中以3#的熔化特性最为独特，其熔点很低，不超过600℃。各渣均可满足对不锈钢脱磷的熔化性能要求。

  渣中氧化铬对熔点的影响不同。对2#、3#渣，当氧化铬配入量为5%时，熔点降低；10%时，熔点升高，这和有关的渣中氧化铬饱和值的测定结果一致。氧化铬含量对6#渣的熔点影响不大，但使4#渣的熔点增高。

  渣对氧化铬溶解度的大小依次为3#>2#>6#>4#。成渣速度高低依次为3#>5#（4#与5#接近）>2#。2#渣中氧化铬含量为10%时熔化速度加快。

3.2 脱磷渣失重测定结果与分析

  描绘出脱磷渣的失重曲线后，我们可以知道3#渣失重速度最快，一般5min以内即可达到稳定，这使得在成渣过程中渣池剧烈沸腾，在工业上应用时，会导致喷溅，应予以充分的注意。

  对不同温度、不同不锈钢脱磷渣的失重数据进行整理后可知，随温度的升高，脱磷渣的失重率增大，以3#渣失重最大。2#渣低温下，失重较小，但随温度升高，失重逐渐加大，接近甚至超过5#、6#渣。

  根据失重测定结果与化学成分分析得出，失重主要由NaF挥发引起。4#、5#渣的失重较小，是较稳定的渣系，这主要是因为其组元的熔点都较高，不易挥发。

4 结论

（1）BaO-BaCl₂渣熔点极低，适合低温脱磷。高温下加入，炉渣剧烈发泡，喷溅严重。据热力学计算，其更适合于高碳合金的脱磷。返回吹氧法冶炼不锈钢不宜采用。

（2）BaO-CaO渣的熔点较高，可在1500以上的条件下使用；该渣中无有毒的氯化物，建议作为主要研究渣系。可通过调整助溶剂配入量降低该渣的熔点。助溶剂建议选氟化物，如NaF、CaF₂、BaF₂等

（3）渣中的Cr₂O₃应控制在10%以下，以防止炉渣工艺性能恶化。